TUhjnbcbe - 2025/3/11 1:21:00
想要了解弦理论，首先我们要提出一个问题，那就是构成宇宙物质的本质是什么？为了弄清楚这个问题，人们想尽了各种办法对其进行描述，利用各种科学手段进行实验求证，然后摒弃掉不可用的部分。但是当我们对于物质的了解进一步加深的时候，这些描述就会变得特别复杂或者奇怪！弦理论就是这么一个看起来非常美好，但又充满争议的理论，而且它也经常被误解。那么为什么人们会想出这个理论呢？当我们有能力近距离观察各种事物的时候，我们惊奇地发现这其中深藏的奥妙！这些微小的世界的奇妙景观，复杂的细胞它们全由分子组成，而分子则是由更小的原子组成。我们曾经认为，原子就是组成整个宇宙的不能在此分割的最小单元。但很快我们发现，微小的电子紧紧围绕着中心的原子核，而原子核中还含有中子和质子。在中子和质子里我们又很快发现了更小的粒子，大型强子对撞机将它们以无限接近于光速的情况下进行对撞！发现了一种完全不可再分割的物质，也就是基本粒子。但是这个基本粒子太小，我们不能直接观测它。不管是我们人类本身，还是一些观测设备，想要观测就必须要有光，而光的本质就是电磁波，不管你观测与否，只要有光，就会有电磁波。电磁波通过撞击物体的表面，然后一部分反射到你的眼睛里，你的眼睛通过特有的机制就可以分析出，撞击物体表面的电磁波带有的物体信息，然后再由视神经转化为脉冲信号传递给大脑，再由大脑进行成像。由于有光的地方就有电磁波，所以我们是不可能在没有类似这种交互的情况下实现观测的，这对于大多数物质来说，电磁波的撞击动作都不会对他们产生任何影响。但是基本粒子非常的小，小到连电磁波都不可能触碰到它。其实对于基本粒子来说电磁波的运行特性是完全不可能触及到基本粒子的，当然我们也可以缩小电磁波的波长来解决这个问题，但是别忘啦，波长越小意味着能量越大，所以结果不言而喻。如果我们使用高能量的光束去照射它们，光就会直接改变它们的位置，所以结论就是我们没有办法精确的测量基本粒子，而这种现象就是量子力学中著名的海森堡测不准原理。所以基本粒子究竟是什么样子，它的本质是什么，没有人知道，我们只知道它的存在。那么在这种客观条件在主要怎们对它进行研究？最好的办法就是提出数学模型，为了研究粒子，科学家提出了一个叫做点粒子模型。就是假设粒子在三维空间中只是一个点，这样物理学家就可以定义它，并通过数学模型计算它们之间的交互作用，这套理论就叫做量子场论。并且他也确实能够解决一些棘手的问题，比如电子的量子性质就被极其精准地测量出来了。也就是说，就算粒子可能并不是一个点，是假设出来的。但是这样的假设可以让我们在相当程度上精确地去描述宇宙。而这样的方法也正是我们科技进步的真正动力！但是有一个重大的BUG一直没有得到解决，也就是重力。也称为引力。引力从何而来？量子力学认为，力是由粒子的交换而来的，电磁力是由光子的交换而来。弱力是由弱规范玻色子交换而来，强力是由胶子交换而来，重力无法进行量子化。而根据爱因斯坦的广义相对论描述，重力并不像宇宙中其他作用力。重力是一种时间、空间的几何学，传递重力的媒介就是空间本身，空间是承载万物的本源。在没有任何物质的情况下，空间是扁平的。但是在有物质的情况下就会导致空间扭曲，进而影响周围的物体。但是广义相对论却无法将其它三种力进行“几何化”，也就是电磁力、强力、弱力。所以重力模型与量子力学模型彼此之间并不兼容！这也是它们之间冲突的地方。当物理学家试图用假设的方式增加一个粒子作为描述重力的参数时，他们却发现整个数学模型崩溃了！也就是加几个新的变量之后，这个模型之前能够导出的一切结果现在全都导不出来了，所以这是一个大问题！除非我们可以结合两者的模型，从而得到一个可以解释一切的统一的物理学法则，不然想要解释宇宙的本质是根本没办法实现的！弦理论应运而生所以我们的天才科学家们开始设想新的可以解释一切的模型，所以弦理论就应运而生了。弦理论之所以被称为有可能解释一切的理论，是因为它们被描述为一种正在舞动的丝状物，并携带者能量！这些东西看上去类似震动着的琴弦，它们以各种不同的震荡模式产生了不同的粒子，就像吉他弦，通过不同的震动模式而产生了不同的音符，也就是说如果理论成立，那么这就是我们宇宙中，极微观世界的运作模式。它是由无数的极其微小的能量丝组成的，它们以不同频率震动产生出不同的粒子。不同的粒子保证了这个世界的多样性！无论是物质粒子、电子、夸克，还是放射性粒子、光子、引力子都是由一种物质构成的，就是说自然界的物质和各种影响自然界物质的力，都是由这些震动着的弦所组成的。就是说弦理论也能够描述重力，它可以统合宇宙中所有的作用力，所以这一时间似乎宇宙本质的谜题已经呼之欲出了，弦理论很快成为了解释一切的终极理论。但其实弦理论还有非常多的特殊限制，在我们这个由三维空间和一维时间所组成的宇宙中，弦理论的数学模型是不通的。也就是说这套理论在我们的三维空间和一维时间组成的四维世界里是不成立的。除非给这套理论加入除已知的三维空间之外的另外七个未知空间维度，也就是十维空间再加一个时间维度，这套弦理论才能正常运转。因此，科学家有理由相信基于假设这套理论是正确的情况下，这个宇宙的维度应该比我们肉眼能看到的三维空间要多得多。如果我们知道这些额外维度的形态，是否就可以计算出可能的震动模式？如果计算出了所有震动模式，是否就预示着人类终于可以揭开宇宙的终极奥义了呢？